(57)【要約】【課題】  低チャーピングで、高入力時にも高速動作が可能であり、かつ、十分な消光比を有し、半導体レーザとの集積も可能な光変調器を実現することを課題とする。【解決手段】  半導体基板上に形成され、二次元的な屈折率の周期構造を光の波長オーダで有するフォトニック結晶を用いたフォトニック結晶半導体デバイスにおいて、前記フォトニック結晶（１２）に光を所定の方向から入射させる光入射部（１３）と、前記フォトニック結晶から光を取り出す光出射部（１４）と、前記フォトニック結晶に電圧あるいは電流を印加する電極（１５）とを有し、かつ、前記フォトニック結晶（１２）中に多重量子井戸構造（２４）が形成されており、前記電圧あるいは電流の印加により前記フォトニック結晶（１２）中の光の伝搬方向が変化することを特徴とする。特に、光の入射方向と周期構造のいずれか一つの対称軸とのなす角度を０°より大きく１５°より小さくする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成され、二次元的な屈折率の周期構造を光の波長オーダで有するフォトニック結晶を用いたフォトニック結晶半導体デバイスにおいて、
前記フォトニック結晶に光を所定の方向から入射させる光入射部と、前記フォトニック結晶から光を取り出す光出射部と、前記フォトニック結晶に電圧あるいは電流を印加する電極とを有し、かつ、前記フォトニック結晶中に多重量子井戸構造が形成されており、
前記電圧あるいは電流の印加により前記フォトニック結晶中の光の伝搬方向が変化することを特徴とするフォトニック結晶半導体デバイス。
【請求項２】
前記フォトニック結晶は、空気孔ロッドが周期配列をなすことにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶半導体デバイス。
【請求項３】
前記空気孔ロッドの周期配列が、略正三角形を最小単位とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフォトニック結晶半導体デバイス。
【請求項４】
前記空気孔ロッドの周期配列が、略正方形を最小単位とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフォトニック結晶半導体デバイス。
【請求項５】
前記光の入射方向と前記周期配列のいずれか一つの対称軸とのなす角度が０°より大きく１５°より小さいことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のフォトニック結晶半導体デバイス。
【請求項６】
前記入射部に第一の半導体導波路が接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフォトニック結晶半導体デバイス。
【請求項７】
前記光出射部に第二の半導体光導波路が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ集積デバイス。
【請求項８】
前記第一の半導体導波路と前記第二の半導体導波路が非同一軸上に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ集積デバイス。
【請求項９】
半導体基板上に、半導体レーザが請求項１〜８のいずれか一項に記載の前記フォトニック結晶デバイスとモノリシックに形成されていることを特徴とする半導体レーザ集積デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いられるフォトニック結晶半導体デバイス及びそれを半導体レーザとモノリシックに集積した半導体レーザ集積デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネット・トラフィックの爆発的増大に伴い、光通信における伝送容量の大容量化が要求されている。この要求に応えるため、波長多重通信（ＷＤＭ、wavelength division multiplex）が採用され、１テラビット／秒を超える超大容量化が商用レベルで可能になりつつある。
【０００３】
このＷＤＭを支えるキーコンポーネントとしての送信用信号光源において、半導体レーザを変調する方法としては、半導体レーザの駆動電流を直接変調する直接変調方式と、レーザの出力光を一定強度に保ったまま外部の変調器を用いて変調する外部変調方式がある。このうち、直接変調方式では、変調電流の印加に伴ってレーザの活性層内部のキャリア量に起因した波長変動が起こるチャーピングが問題となる。チャーピングは、特にギガヘルツオーダの高速変調を行う場合、光ファイバの分散特性によって伝送後の波形の歪をもたらすため、問題となっていた。
【０００４】
そのため、大容量・長距離伝送の場合には外部変調方式が用いられる。外部変調器の例としては、ＬｉＮｂＯ３を用いたマッハツェンダ型変調器があり、これは、原理的に波長変動をなくすことができるが、素子の小型化が困難であり、また、半導体レーザとのモノリシック集積もできないという短所があった。これに対し、半導体多重量子井戸構造を用いた吸収型の変調器（ＥＡ変調器）は、量子井戸構造の設計によりチャーピングをコントロールでき、また、半導体レーザとの集積が可能であり、低電圧駆動が可能で小型化も可能であるという長所を有している。
【０００５】
しかし、ＥＡ変調器においては、光吸収により発生したキャリアが量子井戸内に蓄積される傾向があるため、数ｍＷ以上の強い光が入射した場合に高速変調動作に支障をきたすという問題があった。
【０００６】
ところで、近年、異なる屈折率を有する二種類あるいはそれ以上の種類の材料を用いて、光の波長オーダの周期構造を形成したいわゆるフォトニック結晶が注目され、多くの研究機関により理論・実験の両面から精力的な研究が行われている。このフォトニック結晶では、従来の光学材料にない新しい機能が報告されており、その中に、光の波長によって伝搬方向が大きく異なるというスーパープリズム効果がある（非特許文献１）。このスーパープリズム効果を利用すると、フォトニック結晶への入射光波長をわずかに変えるだけで出射光の位置を大きく変化させることができ、また、フォトニック結晶への入射角度をわずかに変えるだけで出射光の位置を大きく変化させることができる。すなわち、光の進路を大きな幅で変調することが可能になる。
【０００７】
このスーパープリズム効果を用いたデバイスとして、ＰＬＺＴ（ＰｂＬａＺｒＴｉＯ３）結晶を用いたフォトニック結晶に電圧を印加することによりスーパープリズム効果を電気的に制御するものが非特許文献２に示されている。
【０００８】
しかしながら、光集積回路においては、光変調器などの光制御素子が半導体ベースの受光／発光素子とモノリシックに集積できることが望ましい。この点において、上記のような非半導体系のデバイスは、半導体レーザ等と集積できないため不利であった。
【０００９】
この点に関しては、特許文献１に示されているように、半導体フォトニック結晶を利用した光変調器も提案されている。この特許文献１の実施形態４に示されている光変調器は、フォトニック結晶中に形成した導波路と、この導波路に電界を印加してフォトニックバンドギャップを変化させる電極を備えており、導波路の出射端面は導波方向に対して斜めになるように形成されている。この光変調器は、電圧の印加により、フォトニックバンドギャップの変調→フォトニック結晶の屈折率の変調→出射端面からの光出射角の変調、を実現している。
【非特許文献１】Toshihiko Baba and Masanori Nakamura, ''Photonic Crystal Light Deflection Devices Using the Superprism Effect'', IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.38, No.7,July 2002,p.909-914
【非特許文献２】David Scrymgeour, Natalia Malkovia, Sungwon Kim and Venkatraman Gopalan, ''Electro-optic control of superprism effect in photonic crystals'', Applied Physics Letters, Vol.82, No.19, 12 May 2003, P.3176-3178
【特許文献１】特開２００２−１９６２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載されている光変調器は、フォトニック結晶におけるスーパープリズム効果を積極的に利用したものではなく、半導体フォトニック結晶の屈折率の変調に伴う出射角の変調のみを利用しているため、大きな空間変調幅が得られず、十分な消光比が期待できなかった。
【００１１】
以上に鑑み、本発明は、低チャーピングで、高入力時にも高速動作が可能であり、かつ、十分な消光比を有し、半導体レーザとの集積も可能な光変調器を実現することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明は、半導体基板上に形成され、二次元的な屈折率の周期構造を光の波長オーダで有するフォトニック結晶を用いたフォトニック結晶半導体デバイスにおいて、前記フォトニック結晶に光を所定の方向から入射させる光入射部と、前記フォトニック結晶から光を取り出す光出射部と、前記フォトニック結晶に電圧あるいは電流を印加する電極とを有し、かつ、前記フォトニック結晶中に多重量子井戸構造が形成されており、前記電圧あるいは電流の印加により前記フォトニック結晶中の光の伝搬方向が変化することを特徴とするフォトニック結晶半導体デバイスである。
【００１３】
このフォトニック結晶半導体デバイスは、電圧あるいは電流の印加によりフォトニック結晶に屈折率変化を生じさせ、この屈折率変化に基づくスーパープリズム効果を利用してフォトニック結晶中の光の伝搬方向を変化させるものであり、印加する電圧あるいは電流の変調により大きな出射角度の変調が可能となる。また、フォトニック結晶中に半導体多重量子井戸構造が形成されているため、電圧の印加により多重量子井戸構造の電気光学効果を利用して、フォトニック結晶の屈折率変化を十分に起こすことができる。
【００１４】
フォトニック結晶の構造としては、前記半導体中で空気孔ロッドが周期配列をなすことにより形成され、前記空気孔ロッドの周期配列が、略正三角形あるいは略正方形を最小単位とするものなどが挙げられる。
【００１５】
そして、前記光の入射方向と前記周期配列のいずれか一つの対称軸とのなす角度が０°より大きく１５°より小さいものとすると、スーパープリズム効果を十分に利用することができる。
【００１６】
また、前記フォトニック結晶デバイスへの光の入出力の観点からは、前記入射部及び出射部に半導体導波路が接続されているものとすることが望ましい。この場合において、入射部と出射部に接続される各半導体導波路が非同一軸上に配置されているものとすることが好ましい。
【００１７】
上記のフォトニック結晶半導体デバイスを、前記半導体基板上に、半導体レーザと共にモノリシックに集積することで、外部変調器集積型のレーザ光源とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のフォトニック結晶デバイスは、スーパープリズム効果を利用しているため、大きな出射角度の変調が可能となり、高い消光比を得ることができる。したがって、本発明により、低チャーピングで、高入力時にも高速動作が可能であり、かつ消光比に優れた小型の光変調器を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を使用して説明する。
【００２０】
まず、本発明に係る光変調器に使用するフォトニック結晶の屈折率周期構造について説明する。図１は、二次元フォトニック結晶の模式図である。図１において、二次元フォトニック結晶は、高屈折率媒質ＭＨ中に、紙面に垂直方向に伸びた断面円形のロッド状の低屈折率媒質ＭＬが、光の波長オーダで周期的に配列した二次元周期構造をしている。フォトニック結晶の格子定数（配列の周期）ａを隣接する空気孔の中心から中心までの距離として定義し、ロッドの直径をｂとする。ここでは、配列の最小単位が正三角形である場合について示したが、正方形などでもよい。周期配列の対称軸（Γ−Ｍ方向、Γ−Ｋ方向）を鎖線で表す。
【００２１】
このフォトニック結晶の高屈折率媒質ＭＨの屈折率を３．２（半導体結晶）とし、低屈折率媒質ＭＬの屈折率を１とした場合のフォトニック結晶構造のエネルギーバンド図を図２に示す。縦軸は、格子定数ａで規格化された入射光の周波数である。なお、図２にはＴＥモード（入射光の電界が空気孔と直交する方向のみに存在する）について示した。図２における最低次エネルギー（基底モード）の分散曲線（波数ベクトルと規格化周波数の関係）は、フォトニック結晶構造を持たない場合とほぼ同じであるため、スーパープリズム効果は期待できない。したがって、スーパープリズム効果を利用するためには、入射する光のエネルギーは高次のエネルギー準位に相当する必要がある。このためには、図２より、入射させる光の波長λに対し、ｋ０（＝２π／λ）＞０．３×２π／ａ  （ｋ０：真空中の伝搬定数）となるようにフォトニック結晶の格子定数ａを設定することが必要である。
【００２２】
次に、本発明に係る光変調器の構成の概念図を図３に示す。光変調器１は、フォトニック結晶領域２、入力導波路３、出力導波路４からなっている。フォトニック結晶を構成する空気孔のロッドの方向（紙面に垂直な方向）にｙ軸を、導波路中における導波方向にｚ軸を、また、ｙ軸及びｚ軸に垂直な方向にｘ軸を取って説明する。
入力導波路３の軸は、フォトニック結晶領域２における周期配列の対称軸Γ−Ｍ、Γ−Ｋに対して０°以外の角度θ１、θ２を持つように傾けて形成されている。言い換えれば、対称軸Γ−Ｍ、Γ−Ｋのいずれもがｚ軸に一致しないように、フォトニック結晶パターンが設計されている。これは、光がこれらの対称軸のいずれかに平行に入射した場合はスーパープリズム効果が得られないからである。角度θ１あるいはθ２のいずれか一方が、０°より大きく１５°より小さい角度となるようにすることが好ましい。
【００２３】
また、フォトニック結晶領域２には、電界を変化させるために電圧を印加する電極（図示せず）が設けられている。フォトニック結晶中を伝搬した光を電界を印加しない状態で出力導波路４に結合させるために、入力導波路３及び出力導波路４は、互いに非同一軸上に配置するように、屈折角を考慮して軸ずれΔｄを伴って形成されている。
【００２４】
半導体量子井戸構造における電界吸収効果の一種である量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confined Stark Effect, ＱＣＳＥ）で生じる屈折率変化は、一般に数％のオーダである。フォトニック結晶構造がない場合には、屈折角はスネルの法則に従う。したがって、バルクの半導体結晶どうしの界面（屈折率３．２）に光ビームが入射角５°で入射した場合を考えると、一方の屈折率が１％変化することによる屈折角の変化はわずか０．０５°である。
これに対し、フォトニック結晶におけるスーパープリズム効果では、屈折率が１％変化することにより、１０°前後の偏向が起きる。よって、図３におけるフォトニック結晶領域２のｚ方向長さが２０μｍであれば、上の偏向により伝搬後のビームの位置がｚ軸方向に３．５μｍシフトすることになる。一般に、半導体のシングルモード導波路の幅は２μｍ程度であるから、上記のシフトにより、レーザ光が出力導波路４に結合しなくなる。すなわち、出力導波路４の出力端における光強度は印加電圧によって変調されることになる。
【００２５】
この光変調器１の入力導波路３の位置に半導体レーザを配置し、該半導体レーザの導波領域からフォトニック結晶領域２にレーザ光を入射させるものとしてもよい。すなわち、フォトニック結晶領域２を半導体基板上に構成し、入力導波路３の部分に、ＤＦＢレーザやＤＢＲレーザなどの劈開による反射鏡形成が不要な半導体レーザをモノリシックに形成することにより、高出力・高速動作が可能で、かつ消光比に優れた小型の変調器集積型半導体レーザを得ることができる。
【実施例】
【００２６】
本発明に係る光変調器の具体的な実施例について説明する。実施例として、多重量子井戸構造を備えた半導体中に形成されたフォトニック結晶を用い、電圧印加によって電気光学効果による屈折率の変調を起こし、これに基づくスーパープリズム効果を利用してフォトニック結晶中の光の伝搬方向を変調するようにした光変調器について説明する。
【００２７】
図４は、実施例１に係る光変調器を示す部分断面断面図である。図３と同様にｘ、ｙ及びｚ軸を規定する。光変調器１１は、フォトニック結晶領域１２、入力導波路領域１３及び出力導波路領域１４を備えている。
【００２８】
フォトニック結晶領域１２は、光変調器１１の中央部に２０μｍ角の大きさで形成されており、フォトニック結晶領域１２を囲むように光変調器１１上面に上部電極１５が形成されている。光変調器１１下面には下部電極１６が形成されている。
【００２９】
フォトニック結晶領域１２は光屈折率媒質ＭＨを構成する半導体と低屈折率媒質ＭＬである空気孔からなり、半導体は以下の層構造を有している。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板２１上に形成されたｎ−ＩｎＰ下部クラッド層２２、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ下部光閉じ込め層２３、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸構造２４、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ上部光閉じ込め層２５、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２６及びｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層２７からなる層構造である。
【００３０】
また、低屈折率媒質ＭＬである空気孔は、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸活性層２４を貫通するように、光変調器１１の上面からｎ−ＩｎＰ下部クラッド層２２の途中まで貫通して設けらている。
【００３１】
入力導波路領域１３及び出力導波路領域１４は、フォトニック結晶領域１２と共通のｎ−ＩｎＰ基板２１上に、ノンドープＩｎＰ下部クラッド層２８、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ導波路層２９、ノンドープＩｎＰ上部クラッド層３０、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２６及びｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層２７が形成された層構造からなっている。入力導波路領域１３及び出力導波路領域１４においては、ｘ軸方向について光を閉じ込めるために、ＦｅドープＩｎＰ埋込み層３２により埋め込まれたメサストライプ構造を有し、幅ｗの導波路を形成している。
【００３２】
フォトニック結晶領域１２におけるフォトニック結晶パターンは、図１に示したようなパターンであり、格子定数ａ＝６５１ｎｍ、低屈折率媒質（空気孔）ＭＬの直径ｂ＝３９１ｎｍとした。入力導波路の軸とフォトニック結晶のΓ−Ｋ方向とのなす角度は１０°とした。（なお、ａとｂの比や、前記角度は、図４においては必ずしも正確に表されていない。）
また、入力導波路と出力導波路には、電圧を印加しない状態でのフォトニック結晶から出射される光の屈折角を考慮して、３μｍの軸ずれを設けた。この屈折角は、フォトニック結晶の構造パラメータであるａ、ｂや、入出力導波路の軸とフォトニック結晶の対称軸とのなす角度などによって異なってくるものである。したがって、上記パラメータや角度の設計値に応じて、屈折角をあらかじめ経験的あるいは理論的に求めておくことが重要である。
【００３３】
次に、この実施例１の光変調器の製造方法について、図５〜８を参照しながら説明する。
【００３４】
まず、図５（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、ｎ−ＩｎＰ基板２１上に、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層２２、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ下部光閉じ込め層２３、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸構造２４（量子井戸層のバンドギャップ波長１．５４μｍ）、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ上部光閉じ込め層２５、薄いノンドープＩｎＰ層（図示せず）、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２６を順に積層してウエハを作製する。このウエハの表面に、ＳｉＮｘ膜４０をプラズマＣＶＤ法により成膜しＳｉＮｘ膜４０の上にフォトリソグラフィを用いて２０μｍ角パターンのフォトレジスト膜４１を形成する。このフォトレジスト膜４１の形成された領域が、のちにフォトニック結晶領域１２（図４参照）となる。フォトレジスト膜４１をマスクとしてＳｉＮｘ膜４０をドライエッチングすることにより、図５（ｂ）に示すように、上記パターンをＳｉＮｘ膜４０に転写した後、酸素プラズマを用いてフォトレジスト膜４１を除去する。
【００３５】
図６（ａ）に示すように、ＳｉＮｘ膜４０をマスクとして、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２６、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ上部光閉じ込め層２５、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸構造２４、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ下部光閉じ込め層２３をエッチングし、更にｎ−ＩｎＰ下部クラッド層２２の一部もエッチングする。
【００３６】
次に、図６（ｂ）に示すように、ＳｉＮｘ４０を選択成長マスクとして、エッチングされた領域にノンドープＩｎＰ下部クラッド層２８、バンドギャップ波長１．３μｍのノンドープＧａＩｎＡｓＰ導波路層２９（膜厚０．２μｍ）、ノンドープＩｎＰ上部クラッド層３０を順にＭＯＣＶＤ法を用いて積層する。
【００３７】
図６（ｃ）に示すように、ＳｉＮｘ膜４０をドライエッチングにより除去した後、ＭＯＣＶＤ法により、ウエハ全体にｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２６、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層２７を積層する。
【００３８】
次に、図７（ａ）に示すように、ウエハ表面にＳｉＮｘ膜４２をプラズマＣＶＤ法により成膜し、フォトリソグラフィを用いて入出力導波路パターンと、のちにフォトニック結晶領域１２（図４参照）となる領域を覆う矩形パターンのフォトレジスト膜４３を形成する。
【００３９】
次に、このフォトレジスト膜４３をマスクとしてＳｉＮｘ膜４２をドライエッチングすることにより、図７（ｂ）に示すように、上記のパターンをＳｉＮｘ膜４２に転写した後、酸素プラズマを用いてフォトレジスト膜４３を除去する。
【００４０】
続いて、図８（ａ）に示すように、ＳｉＮｘ膜４２をマスクとして、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層２７、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２６、ノンドープＩｎＰ上部クラッド層３０、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ導波路層２９、ノンドープＩｎＰ下部クラッド層２８をエッチングし、更にｎ−ＩｎＰ下部クラッド層２２の一部もエッチングする。
【００４１】
次に、図８（ｂ）に示すようにＭＯＣＶＤ法を用いて、エッチングされた領域に、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層２７と同程度の高さに再成長表面が位置するように、高抵抗のＦｅドープＩｎＰ埋込み層３２を成長させる。
【００４２】
マスクとして用いたＳｉＮｘ膜４２を除去した後、図９（ａ）に示すように、ウエハの表面全体に、ＳｉＮｘ膜４４をプラズマＣＶＤ法により成膜し、電子ビーム描画装置を用いて、フォトニック結晶領域１２に、パターニングされた電子ビームレジスト膜４５を形成する。
【００４３】
この電子ビームレジスト膜４５をマスクとしてＳｉＮｘ膜４４をドライエッチングすることにより、図９（ｂ）に示すように、フォトニック結晶パターンをＳｉＮｘ膜４４に転写する。
【００４４】
次に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層２２に達する深さ（図４参照）までエッチングする。その後、ＳｉＮｘ膜４４をドライエッチングにより除去する。
【００４５】
最後に、フォトニック結晶パターンの外周部に接するように、リフトオフ法を用いて上部電極１５を形成したのち、ｎ−ＩｎＰ基板２１の裏面に下部電極１６を形成して、図４に示した光変調器１１が完成する。
【００４６】
この光変調器１１のフォトニック結晶領域１２に印加した電圧と、出力導波路領域１４にける出力端からの光出力との関係を図１０に示す。入射光は波長１．５５μｍのレーザ光とし、偏波保持ファイバを用いて、光変調器のＴＥモードに結合させた。電圧を印加しない状態での出力端からの光出力は１０ｍＷである。印加電圧３Ｖにおいて、消光比２０ｄＢが得られた。
【００４７】
以上説明したように、本発明の光変調器は、多重量子井戸構造の屈折率変化に基づきフォトニック結晶中で起こるスーパープリズム効果を利用しているため、従来のキャリアの発生を伴う吸収型変調器に比べて、高入力時にも高速動作が可能であり、かつ高い消光比が得られるという利点を有する。
【００４８】
本実施例では、配列の最小単位が正三角形である三角格子のフォトニック結晶構造を用いたが、配列の最小単位は厳密な正三角形でなくてもよいし、また、最小単位が正方形（または略正方形）である正方格子のフォトニック結晶を用いた場合でも、同様な性能を持つ光変調器を実現可能である。
【００４９】
また、入射光がＴＭ偏波である場合（偏波保持ファイバなどで入射光をＴＭ偏波に制御した場合や、引張歪量子井戸レーザなどＴＭ偏波で発振する半導体レーザと集積した場合など）においても、ＴＭ偏波でのフォトニック結晶バンド構造に基づいてフォトニック結晶パラメータを設計することにより、同様な性能を持つ光変調器を実現可能である。
【００５０】
また、本実施例では出力導波路が一本であるが、出力導波路を二本以上とすることで、フォトニック結晶領域を伝搬した光が結合する導波路を電界の印加により選択可能である光スイッチとして使用することも可能になる。
【００５１】
また、図３のように出力導波路を設けるかわりに、フォトニック結晶に光出力面を形成して、出射光を外部の光取出し手段と結合させるようにしてもよい。この場合の模式図を図１１に示す。入力導波路３からフォトニック結晶領域２に入射した光は、フォトニック結晶中を伝搬し、フォトニック結晶領域２の出射側に設けられた光出射端面５０から出射する。光出射端面５０の近くには、電圧を印加しない状態での屈折角を考慮した位置に、光ファイバやレンズなどの光取出し手段５１が設けられている。フォトニック結晶に電圧を印加することによりフォトニック結晶の屈折率が変化し、屈折率変化に応じて、スーパープリズム効果による伝搬方向の変化と光出射端面５０からの出射角の変化の両方が起こり、光取出し手段５１への結合効率が変化するものとなる。
【００５２】
一般にＥＡ変調器で問題になるチャーピングは、屈折率変化による出射面での位相変調に起因するものであるが、本発明の上記構成では、光の伝搬長がＥＡ変調器の場合の１／１０程度と短いため、チャーピングも非常に小さいものとなる。
【００５３】
なお、本発明を光集積回路に適用する場合に、比較的低い速度（応答時間が１ｎｓ又はそれ以上）で十分な場合には、電圧の印加によらないで、電流注入によるプラズマ効果を利用した屈折率変化、あるいは熱の注入による屈折率変化を利用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】二次元フォトニック結晶の模式図である。
【図２】図１に示したフォトニック結晶構造のエネルギーバンド図である。
【図３】本発明に係る光変調器の構成の概念図である。
【図４】本発明の実施例１に係る光変調器を示す部分断面斜視図である。
【図５】本発明の実施例１に係る光変調器の製造方法を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施例１に係る光変調器の製造方法を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例１に係る光変調器の製造方法を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施例１に係る光変調器の製造方法を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施例１に係る光変調器の製造方法を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施例１に係る光変調器の印加電圧と光出力との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  光変調器
２  フォトニック結晶領域
３  入力導波路
４  出力導波路
５  電極
１１  光変調器
１２  フォトニック結晶領域
１３  入力導波路領域
１４  出力導波路領域
１５  上部電極
１６  下部電極
２１  ｎ−ＩｎＰ基板
２２  ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層
２３  ノンドープＧａＩｎＡｓＰ下部光閉じ込め層
２４  ノンドープＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸構造
２５  ノンドープＧａＩｎＡｓＰ上部光閉じ込め層
２６  ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
２７  ｐ-ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層
２８  ノンドープＩｎＰ下部クラッド層
２９  ノンドープＧａＩｎＡｓＰ導波路層
３０  ノンドープＩｎＰ上部クラッド層
３２  ＦｅドープＩｎＰ埋込み層
４０  ＳｉＮｘ膜
４１  フォトレジスト膜
４２  ＳｉＮｘ膜
４３  フォトレジスト膜
４４  ＳｉＮｘ膜
４５  電子ビームレジスト膜
５０  光出射端面
５１  光取出し手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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